首尔Viosys和美加州大学分校探索缩小Micro LED直径的影响

　　首尔Viosys和美国加利福尼亚大学圣塔芭芭拉分校(UCSB)一直在探索缩小绿色和蓝色InGaN Micro LED直径的影响。由于尺寸缩小是由于器件表面的非辐射复合导致，LED中的外部量子效率(EQE)通常会降低。

　　首尔Viosys/UCSB团队发现蓝色LED具有明显的这种效果，但是绿色LED受到的影响较小。实际上，在LED直径小于10μm的情况下，绿色LED比蓝色LED的效率更高。

　　研究人员还建议，与标准的商用铝镓铟磷化物(AlGaInP)产品相比，红色InGaN LED可能具有类似的直径交叉效应。红色InGaN LED会遭受更高的载流子定位效应，从而进一步降低表面复合速度(SRV)。

　　该团队报告说：“红色AlGaInP的SRV甚至高于蓝色InGaN的SRV，而红色InGaN的SRV低于绿色InGaN的SRV。因此，很可能在红色的AlGaInP和红色的InGaN Micro LED之间存在类似的EQE交叉，其中InGaN器件将以较小的尺寸胜出。”

　　研究人员希望，诸如提高亮度和可靠性、降低功耗、延长使用寿命和缩小InGaN Micro LED等因素，将促使其应用于4K电视、智能手机和增强现实(AR)眼镜等领域。

　　研究人员开发了一种联合干法蚀刻工艺，从而无需精确的单独步骤(下图)。介电孔是通过自对准湿式底切蚀刻形成的。该过程始于在LED外延晶片上毯式沉积30nm的铟锡氧化物(ITO)透明导体、300nm的二氧化硅(SiO 2)和200nm的氮化硅(SiN)。

　　LED制造流程：(a)毯式ITO / SiO2 / SiN沉积;(b)干台面蚀刻;(c)选择性的SiO2底切; (d)钝化溅射沉积;(e)SiO2剥离;(f)干法蚀刻钝化和形成接触/探针垫

　　使用干蚀刻，同时使用缓冲的氢氟酸(HF)溶液选择性地底切SiO 2。通过溅射250nm氧化铝(Al 2 O 3)提供钝化。剥离工艺使用蒸气HF 选择性去除了SiO 2材料。Al 2 O 3的干法蚀刻暴露了n-GaN接触层。最后，使用电子束蒸发和剥离技术施加反射性600/100 / 600nm铝/镍/金(Al / Ni / Au)的普通触点/探针板。

　　制造流程是在用于绿色(532nm波长)和蓝色(467nm)LED的C面蓝宝石上的商用外延材料上进行的。圆形LED的直径范围从1μm到30μm。

　　随着直径减小到5μm，蓝色LED的EQE下降，但在1-5μm范围内保持大致相同的水平(下图)。相比之下，绿色LED在整个1-30μm的直径范围内表现出较小的性能下降。

　　对于(a)蓝色和(b)绿色波长，1-30μm器件的EQE与对数电流密度。显示了具有最 高测量峰值EQE的设备的结果。

　　蓝色LED也显示出向峰值EQE值的电流密度增加的转变。同样，绿色LED峰值电流密度显然不受影响。

　　就峰值EQE值而言，两种器件在10-30μm直径范围内均具有相当稳定的性能，蓝色LED性能的主要下降超过1-10μm范围。实际上，绿色器件在10μm直径以下显示出优异的峰值EQE。

　　研究人员评论说：“这种交叉现象非常显着，因为众所周知，块状绿色InGaN材料的内部量子效率(IQE)低于蓝色。”材料质量较低导致 IQE较低，部分原因是维持铟含量需要生长温度较低，以及InGaN和周围的GaN层之间的拉力增加。其他因素包括来自化学键的不同离子性质的内建电场，这些离子键抑制辐射重组(量子限制的斯塔克效应)，以及由于InGaN合金成分的不均匀性，载流子局部化导致的俄歇型重组增加。

　　研究人员将载流子定位作为一种可能的解释，来解释较小直径的绿色LED具有更高的峰值EQE。由于载流子被捕获/定位，它们更不容易到达LED表面，避免了非辐射复合的路径。